三一旋挖钻机工法讲堂
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回填土地层在我国广为分布,尤其在进行老旧基础改造的市区以及平地空间有限的山区更为常见。
山区由于地表崎岖,平地空间有限,所以人工回填洼地较为普遍,其回填土层厚十几米到几十米不等,回填年限也多在几年到十几年不等。
回填物种类繁多,性质相差很悬殊,主要为素填土和杂填土,素填土主要由粘性土、砂或碎石组成,夹有少量碎砖、瓦片等杂物;杂填土主要为建筑垃圾、生活垃圾或工业废料等。
在厚回填土地层,传统的桩基础施工基本采用人工挖孔、回旋钻机和冲击钻机。
回旋钻机和冲击钻机价格低廉,施工成本低,但是其污染很大,成孔质量较差,钻进效率较低;人工挖孔施工成本低,但是其安全隐患大,施工效率很低。
因此,需要旋挖钻机能成功解决此施工问题,解决用户现有的急切需求。
由于厚回填土层稳定性很差,所以在旋挖钻机施工中,极易造成孔壁塌落,引起漏浆、塌孔、卡钻和埋钻等事故。
另外,由于厚回填土排列无规则、组成很复杂,所以在旋挖钻机钻进时,常常会出现齿具受力不均匀、整机振动剧烈、钻杆跳跃和钻杆偏摆等不良工况,这对钻杆和钻具的伤害都很大。
要解决以上不良工况,就要求操作手能够摸清地层分布规律,判定回填土三一旋挖钻机工法讲座(2)——厚回填土地层的旋挖钻机施工工法SANY邢树兴(三一工法研究院,北京 102206)图1 施工场景图2 旋挖钻机正在卸渣图3 卸除的回填物图4 钻孔的孔壁12350的动力头采用多挡控制,在不同地层、不同的施工工法下可以选用3种操作模式:钻进中如果正转有进尺,要通过点加压尽量保持转速均匀;如果正转不进尺或阻力过大钻不动,要在不加压状态下反转,然后再正转;能转动且有进尺,就钻进,否则继续正反转交替作业。
如果长时间不进尺,需要把钻头提升一段,再次下放重新建立钻齿钻进路径,此操作可以帮助进尺和防止塌孔卡钻。
在块石含量低的地层,有时负载低、转速快、进尺快,此时要通过换挡降低转速,防止遇到大块石产生剧烈冲击,损坏钻杆钻头。
操作时尽量多钻,把钻斗内的回填土以及大块石挤压密实,控制提钻速度,把钻渣带到孔外。
基于惯性测量单元的旋挖钻机钻具姿态测量方法
王辉;朱国鹏;郭剑东
【期刊名称】《机械与电子》
【年(卷),期】2024(42)5
【摘要】为实时获取钻孔过程中钻具的姿态信息,提高机手掌握成孔垂直度,设计了一种基于惯性测量单元的钻具姿态测量方法。
该方法采用三轴加速度计、磁力计和陀螺仪构成惯性测量单元,建立基于四元数的姿态测量非线性模型,并采用基于四元数的扩展卡尔曼滤波算法,有效降低振动等干扰信号的影响,提高钻具姿态解算的准确性。
实验结果表明,该方法能够有效避免振动对动态测量的干扰,实现旋挖钻机姿态的准确测量,为旋挖钻机施工提供实时、准确的姿态监测手段,为桩基施工质量提供重要保障。
【总页数】7页(P69-75)
【作者】王辉;朱国鹏;郭剑东
【作者单位】南京航空航天大学自动化学院;徐州威卡电子控制技术有限公司;南京航空航天大学中小型无人机先进技术工信部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU67
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旋挖钻高效钻进成孔施工工法旋挖钻高效钻进成孔施工工法一、前言旋挖钻是一种常用的地基施工工法,通过旋转挖掘机头部的钻杆,将土层钻掘成孔。
在施工过程中,旋挖钻工法具有高效、安全、精确的特点,并且适应范围广泛。
本文将详细介绍旋挖钻高效钻进成孔施工工法的特点、适应范围、工艺原理、施工过程、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析并给出一个工程实例。
二、工法特点旋挖钻高效钻进成孔施工工法具有以下特点:1. 高效:通过旋转挖掘机头部的钻杆,钻进速度快,一次成孔深度可达到5米以上,大幅节省了施工时间。
2. 精确:钻杆具有旋转方向和倾角调节的功能,可以根据需要调整孔径和孔深,保证施工的精度和准确性。
3. 安全:采用机械操作,减少人工作业的风险。
钻杆采用防倒退装置,避免了事故的发生。
4. 适应范围广:旋挖钻适用于各类土层,包括黏土、砂土、软岩等,在不同的地质环境下都能发挥良好的效果。
三、适应范围旋挖钻高效钻进成孔施工工法适用于以下工程项目:1. 建筑物地基基础施工:适用于房屋、桥梁、塔基等地基基础施工,尤其是在需要较大孔径和孔深的情况下,更能体现其优势。
2. 岩土工程施工:适用于土方开挖、抽水、灌注桩等岩土工程的施工过程中的钻孔作业。
3. 水利工程施工:适用于水坝、渠道、桥梁等水利工程中的土层处理、抽水井等工程。
四、工艺原理旋挖钻高效钻进成孔施工工法的工艺原理是工法与实际工程之间的联系、采取的技术措施。
其工艺原理可分为以下几个步骤:1. 确定施工参数:根据实际需求确定孔径和孔深。
2. 施工准备:搭建起钻孔平台并检查和整修施工设备。
3. 钻杆安装:将钻杆逐节安装到旋挖钻机中。
4. 钻孔作业:旋转钻杆开始钻孔,根据需要调整钻孔方向和倾角。
5. 孔口处理:钻孔完毕后,对孔口进行处理,以防止坍塌和侵蚀。
6. 钻杆卸除:将钻杆逐节卸除。
五、施工工艺1. 确定孔径和孔深。
2. 搭建钻孔平台,清理施工现场。
3. 安装钻杆,调整钻杆的角度和方向。
三一挖机挖土怎么操作方法
操作三一挖机挖土的方法如下:
1. 开启挖机:先将点火开关拨到“ON”位置,然后按下启动按钮,挖机发动机会开始运行。
2. 将转速调整到适当位置:将油门杆慢慢向前推,控制挖机的转速。
根据工作环境和需要挖掘的土壤坚硬程度,可以适当调整转速。
3. 调整挖掘部件的位置:根据需要,将挖掘部件(如铲斗)伸缩、升降和旋转,使其位于适当的位置,以便挖掘土壤。
4. 开始挖掘:将挖掘部件放在离地面一定高度的位置,将挖掘部件伸展到需要挖掘的位置,然后将其降下来,开始挖土。
5. 控制挖掘深度:通过控制挖掘部件的升降,可以调整挖掘的深度。
根据需要,逐渐挖掘更深的地方。
6. 控制挖掘速度:通过控制油门杆的位置,可以调整挖机的挖掘速度。
根据需要,适当调整挖机的挖掘速度,以提高工作效率或减小对周围环境的影响。
7. 操作转向:通过操纵转向操纵杆,可以控制挖机的转向。
根据需要,适当转
向,以便更好地调整挖掘位置。
8. 持续观察:在挖掘过程中,应不断观察挖机和挖掘环境,确保工作的安全和顺利进行。
如果遇到问题或突发情况,应立即停止操作并采取相应的措施。
请注意,具体的操作方法可能会因不同型号的三一挖机而有所差异,使用时请按照挖机的操作手册进行操作,并遵守相关安全规定。
三一旋挖钻机工法讲座36图1 SR150C旋挖钻机施工现场三一工法SANY三一旋挖钻机工法讲座(4)——旋挖钻机在钻具易打滑地层中的施工工法邢树兴荆留杰冯建伟(三一工法研究院,北京 102206)钻具打滑通常和旋挖钻机的作业地质密切相关,一般而言,打滑现象多出现在泥岩、砂质泥岩、硬塑性黄土以及粘土地质中。
旋挖钻机在钻进泥岩(或者砂质泥岩、硬塑性黄土)地层时,由于泥浆侵入了钻齿与原生岩层的接触面,从而降低了钻齿与原生岩层之间的摩擦力,致使钻齿在原生岩层的表面滑动而不能有效地切入岩层,就会出现钻具打滑难以进齿的现象。
打滑现象是泥岩类地层钻进的一大难题,要提高施工效率就必须解决好这一问题。
案例分析南京市凤凰居民小区的桩基础工程施工采用的是三一S R150C型旋挖钻机(见图1)。
钻机配置的是摩擦杆和双底捞砂钻斗。
成孔桩径为800m m,桩深为24 26m。
地质情况为从表层至终孔依次为杂填土层、淤泥层、淤泥质粘土层、粘土层、风化泥岩层。
大部分施工地层从16m深度开始进入泥岩层。
虽然粘土层和泥岩层力学性质好,自身不容易塌孔,但由于其上层存在淤泥层,为防止淤泥层发生塌孔事故,则需要使用护筒和静浆护壁钻进。
而泥岩遇水出现软化,表现出很强的粘性。
施工过程中出现了泥岩层钻进打滑的现象,具体表现为泥岩在泥浆作用下软化,加压打滑、粘钻、卸土难。
解决措施泥岩钻进打滑有两种类型,即托底打滑和切削打滑。
1 托底打滑钻进时,钻渣吸水后变成粘性很大的塑状粘土物质粘在钻齿和钻底上,使得钻齿失去了切削作用而无法继续钻进。
提钻前反转钻斗关闭斗底时,由于斗底已无任何阻力,斗底会与钻斗一起反转而无法关闭,在提钻过程中,斗内渣土掉出。
二次下钻后,齿尖直接插入渣土内,钻斗底板面直接压在渣土上,随着钻斗旋转钻进,把掉下高低不平的渣土及缝隙完全压实,当渣土不能再压缩时,底板面被渣土托住,斗齿便在之前划出的沟槽内反复地旋转,形成托底打滑现象。
针对托底打滑的现象,一般采取如下方法:(1) 如果孔内虚土是软泥,可以快速反复操作动力头正转加压和反转加压,瞬间对钻斗有巨大的冲击力,使斗齿和虚土之间产生摩擦力,加压力在瞬间传递到虚土上,把虚土切削挤压进入钻斗;(2)如果孔内虚土较多,又是硬泥岩,可以换一个直径略小的短螺旋钻头解决打滑。
三一旋挖钻机工法讲堂(一)旋挖钻机在泥岩地层施工的工法规律(组图) [编者按]从2011年第1期开始举办“三一旋挖钻机工法讲堂”,本系列讲座内容由北京市三一重机有限公司工法研究院提供。
北京市三一重机有限公司工法研究院自成立以来,在岩石钻进、碎石钻进、易塌方缩颈地层钻进等研究方面取得了突破性进展,也拓展了旋挖钻机对不同地质的适应性,其工法研究成果值得借鉴。
中国改革开放30年,经济快速发展,科技日新月异,基础施工行业以及装备制造业也取得了世人瞩目的成就,高铁战略使中国基础施工企业荣耀国际,装备制造业调整和振兴规划使中国装备制造企业焕发勃勃生机。
可以感受到,基础建设让城市越来越美丽,城市让生活越来越美好。
作为基础施工的先进装备,旋挖钻机有别于其他工程机械产品,在其施工过程中不仅对设备本身的各方面性能有较高要求,施工工法对施工质量和效率有着重要的作用。
北京市三一重机有限公司经过8年多的经验积累,总结了一套应用于各类地质情况的施工方法,旨在提高施工效率,降低运营成本,攻克施工难题,为客户创造更多的价值。
沧海横流,方显英雄本色。
在新的发展时期,北京市三一重机有限公司以成为全球基础施工领域的领导者和最受尊敬的企业为愿景,以提供专业化基础施工整体解决方案承载美好生活为使命,创办了三一工法讲堂,创建一个属于中国基础施工行业的工法和经验交流平台,促进基础施工行业的快速发展,携手共创美好未来。
——北京市三一重机有限公司营销公司总经理三一讲堂:旋挖钻机在泥岩地层施工的工法规律泥岩是泥质岩类的一种,是由粒度小于0.005 mm的陆源碎屑和岩土矿物组成的岩石,属软岩类。
泥岩的成分很复杂,主要是高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石和混层黏土矿物等。
常见或主要的泥岩都呈较稳定的层状,常与砂岩、粉砂岩共生或互层。
对具有代表性的膨胀性泥岩进行单轴抗压强度试验的结果表明,大部分泥岩的单轴抗压强度值一般处在0.17~9.36 MPa之间,其中大多数在0.2~5.0 MPa之间,并且随着含水量的减小,泥岩的单轴抗压强度值增大。
对旋挖钻机而言,所有的泥岩都可以钻进。
但是由于泥岩的特殊的物理力学性质,在旋挖钻机作业时中若要充分提高钻进效率,则往往需要解决钻进过程中出现的钻具打滑、吸钻、糊钻等不良工况。
而解决这些不良工况的关键在于选用和改制适用的钻具,并根据不同的情况切换到合适的操作方式。
案例分析2010年11月,北方基础工程公司在广东惠州市东江新城房建工程的钻孔作业中所遇到的作业对象就是泥岩地层。
其现场采用三一SY250R型入岩钻机施工,桩径为1.2 m,桩深23 m,要求穿越强风化泥岩入到中风化泥岩。
工法指导前的作业效率为日均成孔6~8根,并且钻齿的磨损现象严重,钻具进尺困难。
用户希望能够进一步提高钻进的速度,并降低钻齿损耗。
问题分析经现场观察发现该工地主要存在两方面原因,一是钻具的布齿角度不合理,角度偏小致使钻齿的齿体和岩层的接触面积过大,导致在钻进中不利于齿尖吃入作业的岩面,并会造成钻齿的齿体被严重磨损;二是该机的机手虽然为熟练操作员,但其一直操作普通型旋挖钻机,对于入岩钻机的操作尚属首次,缺乏入岩钻进经验,对入岩钻机的操作方式和作业地质的特点不甚了解。
泥岩(软岩)加压模式曲线(上):在旋挖钻机正转加压钻进时,加压力视情况需要“时大时小”地交替加压。
泥岩地层干成孔作业时的典型钻渣(下):在钻具适用、操作得当的情况下,泥岩地层干成孔作业时的钻渣呈现出碎片疏离状,表明钻具的进尺效果较好。
解决措施在问题分析的基础上,针对性地对在用钻具的钻齿进行了布置优化,将齿角由45°改大为53°;现场对机手进行了操作指导,并从入岩理论上让操作手理解并掌握不同地层的加压方式和钻具旋转速度的特点。
入岩旋挖钻机采用的是动静耦合加压模式。
对于泥岩而言,其强度较低,动载效应对硬度等力学指标的影响比硬岩要显著得多,故不宜采用冲击方式,而应采用压入回转、高速切削的操作方式来破碎钻进。
由泥岩(软岩)加压模式曲线可以看出,在旋挖钻机正转加压钻进时,加压力视情况需要“时大时小”地交替加压。
解决效果经工法指导后,在相同地层、相同桩径、相同桩深的条件下,由日均成孔6~8根桩提高到每天可成孔10~12.5根桩,钻齿损耗和油耗也大为降低。
工法小结针对泥岩地层,只要采取的工法得当,顺利且高效地完成旋挖钻进是可以达到的。
而提高钻进效率的措施一般从三个方面着手:调整钻机的操作方式,更换适用的钻具,优化钻齿的布置。
在钻具适用、操作得当的情况下,泥岩地层干成孔作业时的钻渣会呈现出碎片疏离状,表明此时钻具的进尺效果较好。
在旋挖钻孔施工中,拥有一台高质量的钻机很关键,但是及时、高水平的工法技术支持也很关键,两者相结合才能实现经济效益的最大化。
(北京市三一重机有限公司工法研究院水俊峰王磊高春华)三一旋挖钻机工法讲堂(二)厚回填土地层的旋挖钻机施工工法/QK/98252X/201102/36805160.html三一旋挖钻机工法讲堂(三) 易打滑地层的旋挖钻机施工工法/Article/CJFDTotal-GCJW201105061.htm三一旋挖钻机工法讲堂(五)旋挖钻机在大直径深孔桩水上施工的工法探索讲解人:北京市三一重机有限公司工法研究院宋武超肖茹鹏随着重大基础设施建设的不断发展,跨越江河湖泊以至海洋的水上施工项目也越来越多。
在桩基础施工项目中,采用循环钻机或者冲抓钻机等形式进行水面施工的案例已经很多,但是采用旋挖钻机进行水面钻孔作业却鲜见报道。
其主要原因在于,这种水上施工项目中的桩基础设计形式多数都是大直径、深孔桩,旋挖钻机在进行该类桩的施工时,要面临钻机扭矩、钻杆规格、钻具形式以及钻孔护壁等各种因素的限制和考验,因此目前国内采用旋挖钻机进行大直径深孔桩水上施工的案例尚不多见。
作为2010年桩基础施工行业的一项盛举,由中铁大桥局承建的安庆长江铁路大桥桩基工程采用了三一SR360Ⅱ型旋挖钻机作为施工设备。
施工过程中,该旋挖钻机攻克了4项主要施工难题,保证了工程的顺利实施。
旋挖钻机在大直径深孔桩水上施工的工法探索工程概况安庆长江铁路大桥是由中铁大桥局承建的作为宁安城际铁路的标志性工程,是南京至安庆城际铁路和阜阳至景德镇铁路的重要组成部分,也是宁安城际铁路的控制性工程。
大桥全长近3 km,其中主桥长1.363 km,主跨长580 m,该基础工程的地质分布为粉细砂、微胶结砾石层、中风化和微风化泥质粉砂岩层、泥岩层,如此,复杂的地层情况为项目施工带来了前所未有的困难。
此工程5号、6号、7号墩台基桩设计直径为2.5 m,桩长80 m左右,自2009年3月20日开工,计划2013年5月31日竣工,工期约50个月。
作为中铁大桥局集团的重大工程项目,施工现场汇集了国内多家知名厂商的大型旋挖钻机。
问题分析旋挖钻机施工效率低以及成孔质量不高的问题原因主要是地层复杂。
以5号承台为例,该处的地质情况为:深度12~38 m为河床冲积泥砂,其中砂粒以粉细砂为主,钻进时易受扰动而悬浮在孔内;深度38 m以下为强风化-中风化砂质泥岩、泥质砂岩互层;在深度40 m、54 m、70 m处均有硬砂岩夹层分布,局部有砾岩层分布,砾石直径小于30 mm,砂岩夹层及砾岩层厚度大都在1 m左右。
根据这种地质结构,旋挖钻机的施工难点主要体现在以下4方面。
上部砂层易塌孔这是江河水面下地质的通病,该工程地质情况表层泥砂很厚,较松散且含水量大,施工过程中易产生塌孔事故。
钻进困难考虑到孔深的要求,钻机只能配置摩擦钻杆,而摩擦钻杆是靠钻杆键条之间压紧后的摩擦力传递下压力的,随着孔深的增加,所传扭矩和加压力随其每节逐层伸出会有耗减,加压力和扭矩不足可能导致打滑、钻进困难,施工效率降低。
扭矩输出不足在硬岩层中进行直径2.5 m的桩孔施工对动力头的扭矩有很高的要求,如扭矩不足则易产生动力头“憋死”、发动机熄火等现象,如果一次成孔动力头扭矩输出不足以破坏硬岩层,则需要采取分级钻进的方法。
控制钻孔垂直度度在泥岩、泥质砂岩等沉积岩中进行深桩孔施工时,由于沉积岩存在夹层软硬差异的情况,极易产生孔斜。
解决措施针对该工程施工中可能遇到的问题及难点,三一工法研究院做了如下应对方案:①在钻机配置方面,为三一SR360Ⅱ型旋挖钻机配套了特制的加重摩擦钻杆、加重型捞砂钻斗、扩孔用嵌岩筒钻以及捞砂钻斗。
②施工前,将水、膨润土、碱、纤维素按照1000∶80~100∶3~5∶2的比例配置泥浆,充分搅拌,并静置24 h以上,待泥浆稳定后方可使用。
按此法配制的泥浆,孔外密度达到1.09,黏度26s,满足了上部砂层护壁要求。
③为防止钻进时打滑钻不进,针对该工程配置特制摩擦钻杆,以此保证深孔施工钻具对地层能起到足够的破碎压强。
该钻杆芯杆加重,钻杆总质量达到19.5 t。
④为防止钻机在钻进硬岩层时出现扭矩输出不足的情况,如果一次成孔困难,可采用分级钻进方案,即先用加重钻斗钻进,然后用特制扩孔嵌岩筒钻扩孔至2.5 m,最后用特制捞砂钻斗捞取松散钻渣。
⑤针对沉积类岩石中多含软硬不均夹层的情况,采用特制加重型捞砂钻斗靠自身质量钻进和特制扩孔嵌岩筒钻直筒导向的方案来防止钻孔倾斜,最终保证桩孔的垂直度。
解决效果三一SR360Ⅱ型旋挖钻机顺利地完成了5号承台的施工。
从开孔至终孔不分级钻进,一次成孔,平均成孔时间35 h,垂直度偏差最小0.38 m。
此次施工高效、优质,最大限度地节约了墩台基桩的施工成本。
工法小结在安庆长江大桥的施工过程中,合理选用钻斗斗齿和布齿的角度对钻机顺利实施钻进起到了非常重要的作用。
三一工法研究院在前期对工地进行调研时发现,其他钻机均使用普通斗齿,这种斗齿强度较低。
为适应这种水下复杂地质的情况而应换用强度大、耐磨损的钻齿。
市面上大部分钻齿前角均在45°左右,适当增大齿前角可以避免打滑,增大钻齿对较硬地层的切入能力,但同时也可能增加钻齿以及齿座折断的风险,由此导致频繁换齿、补齿也会影响到施工效率,因此布齿时应将前角适当调大。
据统计,其他钻机平均每孔耗齿为20个,而三一SR360Ⅱ型旋挖钻机平均每孔只需更换4~6个齿,齿座基本无需更换,为钻进节省了成本和时间。
三一旋挖钻机工法讲堂(六)旋挖钻机在喀斯特地貌地层钻进/qk/98252X/201107/3 8765572.html三一旋挖钻机工法讲堂(七)钻孔扩底灌注桩是在普通灌注桩基础上发展起来的一种新桩型,通过在桩底形成一个扩大头,来增大桩端的有效承载面积,从而提高桩端承载力。
概况而言,钻孔扩底灌注桩工法是把按等直径钻孔方法形成的桩孔钻进到预定的深度后,换上扩孔钻头,撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切削地层以形成扩大的孔底,待成孔后放入钢筋笼,灌注混凝土形成扩底桩以获得较大承载能力的施工方法。